中国干旱研究进展综述

中国干旱研究进展综述

（南京信息工程大学滨江学院，南京，210044）

摘要：随着人民生活水平的提高，经济建设的发展，由于干旱造成的危害也日益严重，其直接威肋到国家的长期粮食安全和社会稳定。我国众多气象学家对于干旱从干旱的定义、干旱指标和干旱监测以及干旱预报方面进行了深入的研究，取得了相应的进展，作者将对这些研究进展作简要综述。干旱的单一定义很难满足各行业、各部门的不同特点和对水的不同需求。目前将干旱按气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱进行分类定义已得到大多学者的普遍认可。对气象干旱指标、农业干旱指标、水文干旱指标3个方面的研究成果进行了较为全面的对比分析，同时分析比较了国内常用的一些干旱指数如降水量距平、降水量分位数、标准化降水指数及PDST等的原理和计算方法。指出在研制干旱指标时，要注意要素的可收集性及其适时性，考虑主要要素和监测业务的可行性，干旱指标要简单、明了，可计算性强，以便于业务使用和推广。文章还介绍了中国气象局国家气候中心干旱监测业务的发展与现状，以及干旱监测业务的流程监测方法、产品内容等。从干旱分类及其应用指标的基础上，对目前在气象干旱预报、农业干旱预报以及干旱的集成预报方法方面所取得的进展进行了阐述，并讨论了各种预报方法的优缺点以及未来干旱预报的趋势。

关键词：干旱定义；干旱指标；干旱监测；干旱预报；

引言

干旱是造成损失最为严重的自然灾害，受其影响的人数比其它任何自然灾害都多。干旱是我国范围的主要自然灾害，在社会经济高速发展的影响下，干旱的频繁发生己成为最为严峻的环境问题之一，己经引起我国政府的高度重视。干旱，尤其是重大干旱灾害直接威肋到国家的长期粮食安全和社会稳定。我国是一个自然灾害频发的国家，据统计，气象灾害造成的经济损失约占所有自然灾害的70 %，其中干旱造成的损失又占了气象灾害的50%以上。开展干旱的评估、监测与预测研究，已成为政府和学术界高度重视的热点问题，且具有重大现实意义。

干旱按其种类，可分为气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱，这种分类，也说明了干旱影响的形式和对象不同。干旱指标即表征某一地区干旱程度的标准，是旱情描述的数值表达，起着量度、对比和综合分析旱情的作用，是加强干旱监测、预测、预警和进一步开展旱灾研究的基础。对于不同类型的干旱，干旱指标应该具有明确的物理意义，其所涉及的资料容易获得，参数计算简便，同时，指标应能反映干旱的成因、程度、开始、结束和持续时间等。根据判断角度的不同，使用不同的标准和计算方法，通常可以将干旱指标分为气象干旱指标、农业干旱指标和水文干旱指标三大类。1995年起，中国气象局国家气候中心开发研制了“全国旱涝气候监测、预警系统”。该系统利用降水量、气温等常规观测要素，依托气候指标计算，实现了对全国干旱范围和程度的实时监测和影响评估，并利用数值模式预报资料对未来旱涝发展趋势进行预警分析。在我国，如何有效地监测旱情的动态变化并进行准确的预报，也成为众多学者共同关心的研究课题，由于干旱灾害受到诸多长期天气过程的影响，人们对其成灾机理仍不尽明确，这些模型大多具有比较明显的区域性和针对性，尚未形成能在全国各地广泛适用的预报模型。

1干旱的定义和分类

目前对干旱的定义还未达成一致，我国国家气象局认为干旱是指因水分的收与支或供与求不平衡而形成的持续的水分短缺现象；《中华人民共和国抗旱条例》中将干旱灾害定义为由于降水减少、水工程供水不足引起的用水短缺，并对生活、生产和生态造成危害的事件[1]。

对干旱的这种定义虽然在一定程度上反映了引起干旱的直接原因，但由于干旱涉及的范围广泛，时空分布多样，以及人们对水资源的不同需求，使干旱的单一定义很难满足各行业、各部门的需求。于是研究者开始将不同的类型干旱进行分类和重新定义，目前对于将干旱分成气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱的分类方法已基本达成共识[2]。

气象干旱是指某时段内，由于蒸发量和降水量的收支不平衡，水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象;农业干旱指在作物生长关键期由于土壤水分持续不足而造成的作物体内水分亏缺，影响作物正常生长发育，进而导致减产或失收的现象;水文干旱指因降水长期短缺而造成某段时间内地表水或地下水收支不平衡，出现水分短缺，使河流径流量、地表水、水库蓄水和湖水减少的现象;社会经济干旱是指自然系统与人类社会经济系统中水资源供需不平衡造成的异常水分短缺现象。气象干旱可以迅速开始和突然结束，农业干旱的爆发一般晚于气象干旱，这取决于上层土壤的前期含水量，水文干旱则在气象干旱结束后仍将持续较长时间。

另外根据干旱发生的频次，干旱可分为因气候引起的常年性干旱以及由气象因子(降水少、气温高)引起的季节性干旱。[3]

2 干旱指标

2.1气象干旱指标

2.1.1 降水量距平百分率

降水距平百分率是表征某时段降水量异常的方法之一，能直观反应降水异常引起的干旱;在我国气象日常业务中经常使用，多用于评估月、季、年发生的干旱事件。其计算公式为:

式中:P为某时段降水量, P为计算时段同期气候平均降水量[4]。这类指数的优点是计算方法简单，其应用十分普遍，我国国家级、各省市和地区级气象台站都在不同程度上使用降水量距平百分率来评价其干旱状况;缺点是一方而这种指标只考虑降水量，未考虑蒸发和卜垫而状况，和实际情况常有出入，另一方而这种方法实质上暗含着将降水量当作正态分布来考虑，而实际上多年平均值一般并不是降水量长期序列的中位数，由于降水量时空分布的差异，降水量偏离正常值的不同距离的出现频率以及不同地区降水量偏离正常值的距离大小是难以相互比较的。

2.1.2连续无有效降水日数

连续无有效降水日数也是监测干旱的常用指标，不同的地区对连续日数和有效降水量阀值的规定有所不同，一般来说，连续无有效降水持续时间越长，干旱越严重。

2.1.3降水量分位数

将长时间的降水量序列按大小顺序排列分组，以实际降水量在长时间序列中所占的分位数来判定旱涝的发生和程度。

2.1.4标准化降水指数SPI

标准化降水指数是McKee等在评估关国科罗拉多州干旱状况时提出的。假定降水量符合某种概率分布函数，然后做标准化变换，计算出的指数值正值表示比正常偏多，负值表示比正常偏少。优点是计算方法相对简单，可适用于任意时间尺度，对干旱的反应较灵敏。标准化降水指数SPI的应用十分广泛。[5]

2.1.5 Z指数

考虑到降水量服从PⅢ型分布，Z指数法通过对降水量R进行正态化处理，将其概率密度函数进行转换运算得到以Z为变量的标准正态分布:

式中：为偏态系数;为降水标准化变量，可由降水系列资料求得[6]。

2.1.6 帕默尔干旱指数